專利名稱：基于Agent的賦時(shí)著色Petri網(wǎng)的可重構(gòu)裝配系統(tǒng)建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于Agent的賦時(shí)著色Petri網(wǎng)的可重構(gòu)裝配系統(tǒng)建模方法，屬于生產(chǎn)線自動(dòng)控制與信息技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可重構(gòu)裝配系統(tǒng)建模是可重構(gòu)裝配系統(tǒng)研究的一個(gè)最基本問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建精確揭示可重構(gòu)裝配系統(tǒng)內(nèi)涵的動(dòng)態(tài)隨機(jī)模型，可以對(duì)市場(chǎng)的不確定性、客戶訂單的多樣性及在制造過(guò)程中的各種不可預(yù)知的因素的隨機(jī)性進(jìn)行分析、仿真、優(yōu)化和控制。從現(xiàn)有文獻(xiàn)看， 目前可重構(gòu)裝配系統(tǒng)的建模方法大多是從某一特定的角度、特定的層次來(lái)分別建立制造系統(tǒng)的模型一功能模型、信息模型或動(dòng)態(tài)模型等，但是，沒有一種模型是盡善盡美的，僅用其中一種模型很難描述復(fù)雜的可重構(gòu)制造系統(tǒng)的全貌。Petri網(wǎng)在離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中是一種邏輯層次的建模方法，它能很好地描述制造系統(tǒng)的各種動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為，有利于進(jìn)行系統(tǒng)特征分析及性能評(píng)價(jià)，Petri網(wǎng)建模方法在RMS建模問(wèn)題中獲得了廣泛應(yīng)用，雖然基本 Petri網(wǎng)適合于對(duì)異步并發(fā)系統(tǒng)建模，但存在維數(shù)災(zāi)難，對(duì)于系統(tǒng)柔性，適用性及系統(tǒng)時(shí)間性很難很好的描述和分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種對(duì)系統(tǒng)柔性、適用性和時(shí)間性能很好描述和分析的基于Agent的賦時(shí)著色Petri網(wǎng)(Agent oriented Timed Colored Petri Net，簡(jiǎn)稱ATCPN)的可重構(gòu)裝配系統(tǒng)建模方法。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種基于Agent的賦時(shí)著色Petri網(wǎng)的可重構(gòu)裝配系統(tǒng)建模方法，其特征在于該方法包含下列步驟
(1)按照面向Agent的技術(shù)對(duì)可重構(gòu)裝配系統(tǒng)的裝配資源進(jìn)行分類
利用面向Agent的方法把裝配單元中結(jié)構(gòu)與功能特性相似的設(shè)備資源聚會(huì)成不同的 Agent類；根據(jù)裝配系統(tǒng)中的裝配資源的功能的不同，將裝配設(shè)備資源分為裝配設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備及倉(cāng)儲(chǔ)類設(shè)備；
(2)建立每一類裝配資源模型的通用ATCPN模型面向Agent的賦時(shí)著色Petri網(wǎng)定義如下
ATCPN = (AP, CP, RF, MPR)(ι)
其中，處丨^盡廣口…為時(shí)妁，斯為系統(tǒng)中的具體的物理對(duì)象^的^所模型，^^ 表示系統(tǒng)Agent對(duì)象的集合，包括可重構(gòu)裝配系統(tǒng)的裝配資源Agent和邏輯控制Agent ；
CP= {(7亞=U..., , ei/),為系統(tǒng)中協(xié)議子網(wǎng)，用來(lái)描述Agent之間動(dòng)態(tài)行為的交互協(xié)商，通過(guò)CP描述的協(xié)議子網(wǎng)，可以對(duì)Agent間的交互協(xié)議進(jìn)行有界性，活性，安全性等分析，從而保證多Agent協(xié)同的有效性；表示可重構(gòu)裝配系統(tǒng)的裝配資源調(diào)度決策 Agent ；
RF表示中存在沖突的Agent庫(kù)所映射到解決沖突的多Agent交互協(xié)議網(wǎng)的關(guān)聯(lián)函數(shù)；MPR [JOijiItj本J)為Ji 之間以及Ji 與外界交互的消息傳遞關(guān)系；
7 為各代理對(duì)象之間連接的過(guò)渡變遷；連接關(guān)系的激發(fā)與否由系統(tǒng)中的協(xié)議子網(wǎng)來(lái)確定；
力巧模型對(duì)每個(gè)Agent模型進(jìn)行了封裝，可用以下九元組表示 APi = {M,Ti, Fi, IMi, OMi, I1 ,OiiDitCi, Mm}
其中乓= (Ij = Ui^MaeA)為資源的位置集合，表示Agent內(nèi)部狀態(tài)的變化，
Ti^iTlj,j^X2,..m,meN)為系統(tǒng)一個(gè)物理對(duì)象變遷的有限集合，根據(jù)裝配過(guò)程中所用到
的時(shí)間量的不同，將變遷分為瞬時(shí)變遷和延時(shí)變遷；
權(quán)利要求
1. 一種基于Agent的賦時(shí)著色Petri網(wǎng)的可重構(gòu)裝配系統(tǒng)建模方法，其特征在于該方法包含下列步驟(1)按照面向Agent的技術(shù)對(duì)可重構(gòu)裝配系統(tǒng)的裝配資源進(jìn)行分類利用面向Agent的方法把裝配單元中結(jié)構(gòu)與功能特性相似的設(shè)備資源聚會(huì)成不同的 Agent類；根據(jù)裝配系統(tǒng)中的裝配資源的功能的不同，將裝配設(shè)備資源分為裝配設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備及倉(cāng)儲(chǔ)類設(shè)備；(2)建立每一類裝配資源模型的通用ATCPN模型面向Agent的賦時(shí)著色Petri網(wǎng)定義如下ATCPN = (AP, CP, RF,MPR)(ι)其中，AP = (APiJ = I，2..., ，《€為系統(tǒng)中的具體的物理對(duì)象3的丄pAr模型# 表示系統(tǒng)Agent對(duì)象的集合，包括可重構(gòu)裝配系統(tǒng)的裝配資源Agent和邏輯控制Agent ；CP=丨Ci ,2 = 1,2..., , e-V),為系統(tǒng)中協(xié)議子網(wǎng)，用來(lái)描述Agent之間動(dòng)態(tài)行為的交互協(xié)商，通過(guò)CP描述的協(xié)議子網(wǎng)，可以對(duì)Agent間的交互協(xié)議進(jìn)行有界性，活性，安全性等分析，從而保證多Agent協(xié)同的有效性；(項(xiàng)表示可重構(gòu)裝配系統(tǒng)的裝配資源調(diào)度決策 Agent ；RF表示AP中存在沖突的Agent庫(kù)所映射到解決沖突的多Agent交互協(xié)議網(wǎng)的關(guān)聯(lián)函數(shù)；AiFB = (TOij.,!,j = I12…，η,ι Φ J}為Ji^之間以及Wi 與外界交互的消息傳遞關(guān)系；M為各代理對(duì)象之間連接的過(guò)渡變遷；連接關(guān)系的激發(fā)與否由系統(tǒng)中的協(xié)議子網(wǎng)來(lái)確定；2巧模型對(duì)每個(gè)Agent模型進(jìn)行了封裝，可用以下九元組表示 圳=GmiAii ,OMj^Oi,馬，Cu M0i)其中乓=( J = 1,2...及《 e塒為資源的位置集合，表示Agent內(nèi)部狀態(tài)的變化， Ti = (Tijrj = IX^meN)為系統(tǒng)一個(gè)物理對(duì)象變遷的有限集合，根據(jù)裝配過(guò)程中所用到的時(shí)間量的不同，將變遷分為瞬時(shí)變遷和延時(shí)變遷；民={PKpJ = l· hr e N、為庫(kù)所和變遷之間輸入輸出弧的有限集合，i =運(yùn)x^Mjxifj Jii = (ZM^j = IJpjJeiV)為J石的輸入消息庫(kù)所的有限集合；釋釋一義“講風(fēng)為』巧的輸出消息庫(kù)所的有限集合； A為變遷的時(shí)間延遲，):/^4{0，1}，/轉(zhuǎn)\7；4汍1},Oi^x ；—(CU},為各位置庫(kù)所或消息庫(kù)所到變遷的輸入(輸出)函數(shù)；C(取C(TI),Cf(ZMi),C(OMi)分別為和位置狀態(tài)庫(kù)所 ，活動(dòng)變遷巧，消息輸入庫(kù)所瑪,消息輸出庫(kù)所OMi相關(guān)聯(lián)的顏色集合；Mm為A巧模型的初始標(biāo)記，定義系統(tǒng)初始狀態(tài)，反映初始令牌在網(wǎng)的位置中的分布情況；其中，if與為資源的調(diào)度與控制庫(kù)所和變遷的位置集合，表示Agent推理過(guò)程的狀態(tài)變化，C為與庫(kù)所和變遷相聯(lián)系的顏色集合，是從庫(kù)所P到 的輸入映射(函數(shù)) C(j>)KC(t)-^N (非負(fù)整數(shù))，對(duì)應(yīng)著.P到f的有色有向弧，。械是從變遷f到庫(kù)所P的輸出映射(函數(shù))C χC(p) ￥ (非負(fù)整數(shù))，對(duì)應(yīng)著^到!？的有色有向?。谎b配系統(tǒng)的重構(gòu)來(lái)自不同資源的增加、刪除及資源自身構(gòu)件的變化，在對(duì)裝配資源進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，建立每類設(shè)備的ATCPN模型，而對(duì)于每類資源中的具體設(shè)備可采用繼承機(jī)制為其建模；(3)構(gòu)造以裝配機(jī)器人或人為中心的可重構(gòu)裝配單元模塊在對(duì)裝配資源進(jìn)行分類和建模的基礎(chǔ)上，用過(guò)渡變遷將產(chǎn)品傳送裝置，零件傳送裝置、 機(jī)器人及緩沖區(qū)等裝配資源的ATCPN模型連接起來(lái)，構(gòu)成可重構(gòu)裝配單元的ATCPN模型，可重構(gòu)單元中的裝配資源Agent的數(shù)量可根據(jù)具體情況來(lái)確定，該單元具有一定的自治性和智能性，各資源Agent模塊之間通過(guò)過(guò)渡變遷實(shí)現(xiàn)消息的傳遞，對(duì)于它們之間存在的沖突， 調(diào)用多Agent交互協(xié)議子網(wǎng)來(lái)解決；(4)分析系統(tǒng)需求，以可重構(gòu)裝配單元為基礎(chǔ)，構(gòu)造整個(gè)可重構(gòu)裝配系統(tǒng)的系統(tǒng)模型；首先，分析系統(tǒng)所需要的裝配單元的數(shù)量；其次，在所構(gòu)建的可重構(gòu)裝配單元模塊的基礎(chǔ)上，根據(jù)每個(gè)裝配單元之間的邏輯關(guān)系，確定整個(gè)系統(tǒng)的消息傳遞關(guān)系；各個(gè)單元模塊之間的連接通過(guò)過(guò)渡變遷來(lái)實(shí)現(xiàn)；最后，對(duì)于系統(tǒng)中過(guò)渡變遷的死鎖和沖突需要在模型中引入相應(yīng)的多Agent交互協(xié)議來(lái)解決；(5)采用多Agent交互協(xié)議網(wǎng)解決可重構(gòu)裝配系統(tǒng)模型中的沖突AUML (Agent Unified Modeling Language)是一禾中 FIPA (Foundation of Intelligent Physical Agents)禾口OMG(Object Management Group)者β推薦使用的多Agent 系統(tǒng)建模技術(shù)；采用AUML技術(shù)來(lái)建立可重構(gòu)裝配系統(tǒng)多Agent交互協(xié)議順序圖；將AUML協(xié)議圖向ATCPN模型的轉(zhuǎn)換可以更好的可重構(gòu)裝配系統(tǒng)模型進(jìn)行分析和驗(yàn)證；其具體轉(zhuǎn)換步驟如下a 交互過(guò)程分析；基于合同網(wǎng)機(jī)制，確定招標(biāo)者Agent和參與者Agent，并明確他們之間的消息傳遞關(guān)系；Agent之間令牌的傳遞由KQML消息構(gòu)成，而Agent內(nèi)部的數(shù)據(jù)流、控制流等，則可以采用任何合適的形式；b 協(xié)議圖建立；采用AUML，根據(jù)角色間消息傳遞的并發(fā)、選擇及異或關(guān)系，建立AUML 協(xié)議圖；c 協(xié)議圖轉(zhuǎn)換；利用上述AUML協(xié)議圖到ATCPN的轉(zhuǎn)換規(guī)則，按照從上往下的順序，即消息發(fā)送大體的先后次序依次對(duì)可重構(gòu)裝配系統(tǒng)的AUML協(xié)議圖進(jìn)行分析，然后根據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則逐步向ATCPN模型轉(zhuǎn)換，三種生命線(與、或、異或)在ATCPN中的選擇由轉(zhuǎn)移的點(diǎn)火條件控制。
全文摘要
一種自動(dòng)控制與人工智能技術(shù)領(lǐng)域的基于Agent的賦時(shí)著色Petri網(wǎng)的可重構(gòu)裝配系統(tǒng)建模方法，針對(duì)可重構(gòu)裝配系統(tǒng)所具有的復(fù)雜性、重構(gòu)性、智能性及自治性的特點(diǎn)，在對(duì)裝配資源進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，將裝配資源Agent內(nèi)部行為進(jìn)行封裝，建立了裝配資源Agent的ATCPN模型，并通過(guò)過(guò)渡變遷合成可重構(gòu)裝配單元ATCPN模型。根據(jù)每個(gè)可重構(gòu)裝配單元之間的邏輯關(guān)系，確定整個(gè)系統(tǒng)的消息傳遞關(guān)系，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了裝配系統(tǒng)快速重構(gòu)。分析可重構(gòu)裝配系統(tǒng)的ATCPN模型的性能指標(biāo)，并提出AUML模型向ATCPN模型的映射規(guī)則及基于ATCPN的交互協(xié)議建模方法，通過(guò)引入相應(yīng)的多Agent交互協(xié)議模型可以解決模型中存在的死鎖和沖突。
文檔編號(hào)G05B13/04GK102289205SQ20111026683
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者紀(jì)愛敏, 苑明海, 許煥敏 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)